Die Genauigkeit der „elektronischen Nase“ bei der Identifizierung von Whisky beträgt bis zu 96 %. Netizens: Geben Sie auch Moutai eine

Moutai in China und einige High-End-Whiskys im Ausland sind teuer, aber auch wichtige Ziele für Fälschungen.

Wie können normale Menschen ohne Sommelier schnell die Qualität und Authentizität von Wein feststellen?

Kürzlich hat eine Gruppe von Ingenieuren eine „elektronische Nase“ namens NOS.E entwickelt, die speziell zum Riechen von Wein verwendet wird.

Es kann in weniger als 4 Minuten verschiedene Whiskystile, -marken und -herkünfte „riechen“ und so neue Ideen für den Weingenuss eröffnen.

Warum sich auf „Geruch“ statt auf „Geschmack“ verlassen?

Tatsächlich können Eigenschaften wie Geschmack, Geruch, Textur und Farbe von Whisky wirkungsvolle Informationen für seine Bewertung liefern.

Unter diesen ist der Geruch der Hauptfaktor, der den Geschmack von Wein beeinflusst. Dies nutzten die Forscher als Hauptdurchbruch bei der Entwicklung von NOS.E.

Auf der australischen CEBIT-Messe 2019 testeten sie sechs Whiskys mit NOS.E: Unter ihnen lag die regionale Genauigkeitsrate bei 100 %, die Markennamen-Genauigkeitsrate bei 96,15 % und die Stil-Genauigkeitsrate bei 92,31 %.

Obwohl es „elektronische Nase“ genannt wird, sieht es nicht wirklich wie eine Nase aus!

Im April dieses Jahres wurde das Forschungspapier in IEEE Sensors, einer Zeitschrift des IEEE, veröffentlicht.

Nachdem sie diese Nachricht gesehen hatten, sagten einige Internetnutzer aufgeregt: Endlich können wir gefälschten Wein identifizieren!

Einige Internetnutzer scherzten, dass eines für Moutai entwickelt werden sollte.

Wie funktioniert dieses praktische Weinverkostungsgerät? Ist es wirklich zuverlässig?

Probenvorverarbeitung vor dem Test

Zuvor haben die Entwickler von NOS.E auf der CeBIT vor Ort die Wirkung dieser „elektronischen Nase“ getestet.

Vor dem formellen Test haben die Forscher die Proben vorverarbeitet, um Variablen zu kontrollieren und die Beeinflussung der Ergebnisse durch irrelevante Variablen zu verringern:

Sie wählten 6 Whiskyproben als Versuchspersonen aus: 3 Mixed Malt Whiskys und 3 Single Malt Whisky und geben Sie gleiche Probenmengen in einzelne Festphasen-Mikroextraktionsfläschchen (SPME).

Erhitzen Sie die Proben auf 30 °C und verwenden Sie SPME-Fasern, um Chlorbenzol-D5 als Referenz für die Gaschromatographie zu entnehmen.

Dann legen Sie jede mit Chlorbenzol-D5 gesammelte SPME-Faser auf jede Whiskyprobe (ohne Kontakt mit der Flüssigkeit) und lassen Sie sie 5 Minuten lang ruhen.

Als nächstes werden diese SPME-Fasern nacheinander im GC×GC-TOFMS-Instrument platziert und die gesammelten Informationen werden verarbeitet und analysiert.

Die elektronische Nase wurde 396 Mal an 6 Proben getestet

Um das menschliche Geruchssystem nachzuahmen, rüsteten die Forscher NOS.E mit insgesamt 8 Geruchssensoren aus.

Der offizielle Test beginnt –

Injizieren Sie Luft in das SPME-Fläschchen mit der Probe, damit die flüchtigen organischen Verbindungen im Wein schneller an die elektronische Nase abgegeben werden.

Um das menschliche Geruchssystem nachzuahmen, haben Forscher acht Gassensoren für NOS.E entwickelt.

Die elektronische Nase wertet jeden von den Molekülen erkannten Geruch aus und gibt die Daten dann in den Computer ein: Die gesammelten Daten werden durch nichtparametrische, kernbasierte Modellierung normalisiert und vorverarbeitet.

Unter anderem wird der Modellierungsprozess auf MATLAB durchgeführt.

Um die Auswirkungen der Sensorverzerrung zu reduzieren, wird die folgende Normalisierungsformel angewendet:

wobei y(t) und ˆy(t) jeweils die Reaktion des Sensors vor und nach der Normalisierung darstellen.

Dann extrahiert das System von NOS.E 9 Merkmale aus der Reaktion des Gassensors: einschließlich der maximalen ersten Ableitung der Sensorreaktion, der minimalen zweiten Ableitung, der maximalen zweiten Ableitung, dem Zeitintervall zwischen Eingang und Reaktionsspitze usw.

Klassifizieren Sie nach der Merkmalsextraktion die Daten: Mischen Sie den Datensatz jedes Whiskys nach dem Zufallsprinzip und teilen Sie ihn dann im Verhältnis 80:20 auf, um einen Trainingssatz und einen Testsatz zu erstellen.

Verwenden Sie für den Trainingssatz die Methode der zehnfachen Kreuzvalidierung (10-CV), um ihn in 10 Teilmengen zu unterteilen, um das Whisky-Klassifizierungsmodell zu erlernen: 9 Teilmengen werden für das Training verwendet und die verbleibende 1 wird zur Überprüfung verwendet.

Verwenden Sie die lineare Diskriminanzmethode (LD), die Support Vector Machine (SVM) und die Subraum-Diskriminanzmethode (SUBD)*, um Klassifikatoren zu trainieren und einen Satz Komponentenklassifikatoren zum Erstellen eines neuen kombinierten Klassifikators zu generieren.

Die endgültigen Analyseergebnisse werden vom neuen Klassifikator an das Terminal gesendet und dem Benutzer präsentiert.

Um versehentliche Fehler zu reduzieren, führten die Forscher mehrere Experimente mit jeder Whiskyprobe durch und ersetzten sie nach zehnmaligem Testen durch einen neuen Whisky derselben Sorte, um die Auswirkungen der Alkoholverflüchtigung auf das Experiment zu verringern . .

Die Forscher haben insgesamt 396 Mal vorher und nachher getestet.

NOS.E schneidet bei der Beurteilung der Herkunft und des Stils von Whisky gut ab.

Um die Genauigkeit der von NOS.E gesammelten und verarbeiteten Daten zu testen, verwendeten die Forscher auch die fortschrittlichste zweidimensionale Gaschromatographie -Flugmassenspektrometrie (GC×GC-ToFMS) Eine Whiskyprobe wurde als Kontrolle analysiert.

Sie haben die NOS.E-Testergebnisse in drei Dimensionen getestet.

Der erste Aspekt ist: ob jede Whiskyprobe voneinander getrennt werden kann. Die Genauigkeitsrate der Vor-Ort-Testergebnisse von NOS.E ist wie folgt:

Der zweite Aspekt ist: Bei der Beurteilung der Herkunft verschiedener Whiskyproben erreicht die höchste Genauigkeitsrate der Testergebnisse von NOS.E 100 %.

Der dritte Aspekt ist: Wenn man den Stil verschiedener Whiskyproben beurteilt, liegt die Genauigkeit der NOS.E-Testergebnisse bei etwa 82 % bis 94 %.

Über den Autor

Wentian Zhang, der Erstautor der Forschungsarbeit, lehrt an der Shandong First Medical University und der University of Technology Sydney, Australien; seine Forschungsschwerpunkte sind regelungstechnische Berechnungen und medizinische Berechnungen .

Taoping Liu von der Xi'an University of Electronic Science and Technology war ebenfalls an der Entwicklung von NOS.E beteiligt. Er schloss sein Studium an der University of Technology in Sydney, Australien, ab. Seine Forschungsschwerpunkte sind Regelungstechnikberechnungen und medizinische Berechnungen .

Laut einem Bericht der University of Technology Sydney könnte NOS.E künftig neben der Identifizierung von Whisky auch zur Erkennung von Brandy und Parfüm eingesetzt werden.

Wenn diese Forschung gefördert und angewendet werden kann, könnte sie in naher Zukunft auch für mehr alkoholische Getränke genutzt werden. Verbraucher müssen lediglich ein kleines elektronisches Produkt verwenden, um die Kategorie und Authentizität eines Weins einfach zu bestimmen.

Nun, bis dahin sollten sich chinesische Trinker keine Sorgen mehr machen müssen, gefälschte Moutai~ (manueller Hundekopf) zu kaufen.

Papieradresse: https://ieeexplore.ieee.org/document/9701291

Referenzlink: [1 ]https://www.smithsonianmag.com/smart-news/a-new-electronic-nose-may-help-sniff-out-counterfeit-whiskey-180979931/

[2]https://en. org/wiki/Gas_chromatography

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonDie Genauigkeit der „elektronischen Nase“ bei der Identifizierung von Whisky beträgt bis zu 96 %. Netizens: Geben Sie auch Moutai eine. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!